Бесконечные произведения

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 11 Мая 2013 в 07:39, контрольная работа

Описание работы

Ещё в курсе средней школы нам приходилось сталкиваться с суммами, содержащими бесконечное число слагаемых (например, с суммой бесконечного числа членов геометрической прогрессии).
Исследование такого рода сумм, называемых рядами, может быть сведено к исследованию числовых последовательностей, тем не менее эти суммы требуют самостоятельного углубленного изучения, так как служат важным вспомогательным средством для представления различных встречающихся в анализе функций.

Файлы: 1 файл

основная часть (исправленная).docx

— 521.12 Кб (Скачать файл)

,

отсюда  и ввиду расходимости гармонического ряда, имеем при

(2.1).

     Если бы количество простых чисел было конечным, то и это произведение имело конечное значение. Однако, полученный результат свидетельствует об обратном. Доказательство завершено.

     Теперь перепишем (2.1) в виде . Опираясь на теорему о сходимости бесконечного произведения, из расходимости предыдущего делаем вывод, что ряд расходится. Это предложение даёт некоторую характеристику роста простых чисел. Подчеркнём, что оно гораздо сильнее утверждения о расходимости гармонического ряда, так как здесь речь идёт лишь о части его членов, тем более что в натуральном ряде имеются сколь угодно длинные промежутки без простых чисел, например: , , … , .

     Несмотря на свою простоту приведённые выше предложения важны в концептуальном плане, так как они начинают череду исследований всё более и более глубоких свойств ряда простых чисел, которая продолжается по сей день. Первоначально, основной целью изучения дзета-функции как раз и было исследование функции , то есть количества простых чисел не превосходящих x. В качестве примера формулы, связывающей и , мы сейчас получим равенство

(2.2).

     Сначала воспользуемся разложением дзета-функции в произведение: .

 Из логарифмического ряда , учитывая, что , приходим к ряду .

Значит, .

Теперь вычислим интеграл в правой части (2). Так как при , то .

Во внутреннем интеграле  положим  , тогда и

,

отсюда  .

В промежутке интегрирования , поэтому верно разложение и .

Получаем  .

Теперь 

 

    Если сравнить полученное значение интеграла с рядом для , то увидим, что они тождественны и равенство (2.2) доказано.

    Используем формулу (2.2) для доказательства одной очень серьёзной и важной теоремы, а именно получим асимптотический закон распределения простых чисел, то есть покажем, что

.

     В качестве исторической справки отмечу, что великий немецкий математик Карл Фридрих Гаусс эмпирически установил эту закономерность ещё в пятнадцатилетнем возрасте, когда ему подарили сборник математических таблиц, содержащий таблицу простых чисел и таблицу натуральных логарифмов.

     Для доказательства возьмём формулу (2) и попытаемся разрешить это уравнение относительно , то есть обратить интеграл. Сделаем это с помощью формулы обращения Меллина следующим образом. Пусть .

Тогда

    (2.3).

 

    Этот интеграл имеет нужную форму, а не повлияет на асимптотику . Действительно, так как , интеграл для сходится равномерно в полуплоскости , что легко обнаруживается сравнением с интегралом .

    Следовательно, регулярна и ограничена в полуплоскости . То же самое справедливо и относительно , так как .

     Мы могли бы уже применить формулу Меллина, но тогда было бы весьма затруднительно выполнить интегрирование. Поэтому прежде преобразуем равенство (3) следующим образом. Дифференцируя по s, получаем . Обозначим левую часть через и положим , , ( , и полагаем равными нулю при ). Тогда, интегрируя по частям, находим при , или .

     Но непрерывна и имеет ограниченную вариацию на любом конечном интервале, а так как , то ( ) и ( ). Следовательно, абсолютно интегрируема на при . Поэтому при , или при . Интеграл в правой части абсолютно сходится, так как ограниченна при , вне некоторой окрестности точки . В окрестности и можно положить , где ограниченна при , и имеет логарифмический порядок при . Далее, . Первый член равен сумме вычетов в особых точках, расположенных слева от прямой , то есть . Во втором члене можно положить , так как имеет при лишь логарифмическую особенность. Следовательно, .

    Последний интеграл стремится к нулю при . Значит,

(2.4).

    Чтобы перейти обратно к , используем следующую лемму.

Пусть положительна и не убывает и пусть при . Тогда .

Действительно, если - данное положительное число, то ( ). Отсюда получаем для любого Но так как не убывает, то .

Следовательно, . Полагая, например, , получаем .

Аналогично, рассматривая , получаем , значит , что и требовалось доказать.

Применяя лемму, из (2.4) имеем, что , , поэтому и теорема доказана.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной курсовой работе было произведено исследование одного из типов числовых рядов – бесконечных  произведений. В ходе работы был  выполнен анализ литературы по данной теме, на основании которого были выделены основные понятия и свойства бесконечных  произведений и рядов, рассмотрены  разложения различных функций в  бесконечное произведение, решены различные  задачи по данной теме.

Рассмотрены такие понятия, как абсолютная сходимость бесконечного произведения, равномерная сходимость и др.

В итоге, можно заметить, что рассмотрение вопросов связанных  с данной тематикой носит как  теоретическую, так и практическую значимость.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список  использованной литературы

  1. Титчмарш Е.К. Теория дзета-функции Римана. Череповец, 2009 г.
  2. Фихтенгольц Г.М. Курс дифференциального и интегрального исчисления, том II. М., 2010 г.
  3. Привалов И.И. Введение в теорию функций комплексного переменного. М., 2009 г.
  4. Айерленд К., Роузен М. Классическое введение в современную теорию чисел. М., 2010 г.
  5. Шафаревич З.А. Теория чисел. М., 2011 г.
  6. Кудрявцев "Вся высшая матиматика", 2009 г.  
  7. Крючкович "Теория Полля" 2010 г.
  8. Двайт Герберт Бристоль "Таблица интегралов и другие математические формулы" шифр:51(083) Москва "Наука" 2009 г. 
  9. Бронштейн, Семендяев "Справочник для инженеров и учителей ВТУЗов", 2010  г.
  10. Ефимов-Поспелов "Сборник задач по математике" часть 2, 2010 г. 
  11. Колмогоров "Функц. анализ"  www.studfiles.ru 
  12. Привалов "Введение в ТФКП" www.depositfiles 
  13. "Вся высшая математика" Соболев; Краснов; Кисилев, 2011 г. 

 

 


Информация о работе Бесконечные произведения